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铝在土壤酸化中的作用

铝在土壤酸化中的作用

虽然低pH意味着高浓度氢离子,但铝在土壤酸化中也起到了一定的作用。铝是大多数土壤矿物,包括黏土矿物的主要成分(硅铝酸盐和铝氧化物)。当氢离子被吸附在表面时,作为交换性阳离子维持一段时间后,对矿物结构产生破坏,使铝黏土矿物离子释放出来。这些释放的铝离子吸附在土壤胶体的阳离子交换点位上,成为交换性铝离子,并于土壤溶液中的可溶性铝离子互相平衡。

这种交换性铝和水溶性铝在土壤酸化中起到两个关键作用:①铝对大多数生物具有高毒害,也是土壤酸化对植物和水生动物毒害作用的主要原因。②铝离子具有很强的水解能力,能促使水分子分解成氢离子和自由移动氢氧根离子。铝离子和氢氧根离子结合,剩余的氢离子就会使土壤pH降低。所以铝离子和氢离子被称为酸性离子。

铁与铝具有相同的性质,经历相似反应后也会水解产生氢离子。正三价铁离子在pH小于3的情况下才能水解,一般情况下土壤pH不会低于3,就不深入讨论了。

随着pH的升高,土壤中绝大多数羟基铝离子会逐渐形成,并吸附在矿物表面或者与土壤有机质结合。羟基铝离子聚集到一起,形成带正电荷的大颗粒聚合物。聚合物与胶体的负电荷点位紧密结合后,很难被交换,降低了土壤胶体的潜在阳离子交换能力。土壤pH升高后,越来越多的羟基铝离子形成氢氧化铝而沉淀,土壤胶体上的负电位又重新可以与阳离子进行交换。当土壤pH从4.5上升到7.0,土壤阳离子交换量升高,在这样的pH条件下,几乎所有的铝离子都沉淀为氢氧化铝。

项目组通过试验,证实单硅酸对铝离子对作物的毒害有强烈的抑制作用,具体原理为通过提高土壤pH和复分解反应把大量的铝离子转换为氢氧化铝。检测植物各器官铝离子含量随硅肥用量增加而明显下降。

以上节选自《土壤学与生活》,作者尼尔?布雷迪、雷?韦尔。为方便阅读,原文部分元素和分子式由项目组小编转换为通用汉语化学元素和分子式注释语法,如有错误请大家指正。